并网变换器直流电压控制的阻抗稳定性分析

针对并网变换器直流电压控制引起的稳定性问题,开展了基于阻抗的稳定性分析,推导了阻抗模型用于建立变换器直流电压控制和交流电流控制之间的相互关系,从而能够确定变换器在整流和逆变工作模式下直流电压控制对系统稳定性的影响.将阻抗模型从d,q坐标系转换到α,β坐标系后可表征直流电压控制动态的频率耦合效应.基于阻抗的稳定性分析结果...     

基于幅相运动方程的风机机电暂态特性的建模与优化

随着风电在电力系统中的渗透率不断提高,风机的暂态特性对系统(同步发电机)暂态功角稳定的影响显著加深。因此,认识、优化风机的暂态特性具有重要意义。目前对风机暂态特性的认识优化大多是基于详细时域模型的数值仿真研究,缺乏基于物理化模型的机理研究。该文应用幅相运动方程建模方法,建立风机机电暂态幅相运动方程模型,并基于此物理化模型分析以GE风机为代表的现有风机机电暂态特性的物理特征,指出存在的不足并予以优化。该文的研究表明,以GE风机为代表的现有风机在机电尺度上只响应系统电压幅值动态,不响应系统电压相位动态。而只响应电压幅值动态限制了风机能够提供给同步发电机的暂态功角稳定支撑。该文通过将系统频率/相位动态引入到风机限流控制中,使风机同时响应系统电压幅值和相位动态,进一步增强了风机对同步发电机的暂态功角稳定支撑,提高了系统的暂态功角稳定性。     

电压不平衡条件下并网逆变器的直流电压控制

电网电压不平衡时,逆变器的并网功率中含有的二倍频谐波分量使得直流电压波动,影响其稳定性和并网质量。在不平衡电网电压条件下进行逆变器直流电压动态过程及其对输出性能影响的分析,在平衡的电网电压条件下的逆变器PQ控制模型基础上引入一个负序控制环,正负序叠加控制和直流电压控制改善了逆变器的控制效果,使得直流电压和并网功率波动更小,同时直流侧电容电压波动的减小也降低了逆变器并网电流中的3次谐波分量。仿真结果验证了并网逆变器控制策略的有效性和优越性,该方法能够提高了逆变器在电网电压不平衡条件下的稳定运行能力。     

电网电压不平衡下电流源并网变换器控制研究

电流源并网变换器在电网电压不平衡情况下运行时,电网电压中的负序分量会引起直流侧出现低频脉动,同时导致网侧电流出现低次谐波,影响系统运行。为了解决此问题,首先建立电流源并网变换器系统数学模型,推导出直流侧输出电流和电压关系的表达式,揭示出传统方法存在的问题。然后利用瞬时功率理论设计电流环参考指令,通过控制输入侧有功功率恒定的方式减小输出电压低频脉动。为了进一步提高系统性能,提出一种新型控制策略,通过直接控制输出侧变量消除输出电压低频脉动,同时输入侧电流正弦。最后对3种方法进行对比实验研究,结果验证了提出方法的有效性。     

电压源型换流器V$C的建模与控制研究

对柔性直流输电系统中的电压源换流器VSC的拓扑结构进行了介绍,分析了VSC换流器的PWM控制原理及其稳态数学模型,基于PID控制原理设计了相应的控制器,实现了系统有功功率和无功功率的调节。基于PSCAD／EMTDC的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能,对于故障情况能有很快的响应且稳定性良好。     

连接弱电网的并网变换器直流电压时间尺度稳定器的设计与分析

随着并网变换器在可再生能源传输中的广泛应用,可再生能源设备控制系统的稳定性问题不断出现,不利于电力系统的稳定运行。本文主要研究连接弱电网的并网变换器直流电压时间尺度稳定器的设计和分析。首先,结合相量图和控制框图说明直流电压时间尺度稳定器的原理。通过伯德图和控制框图说明稳定器内部各环节控制参数的设计原则,结合实例设计稳定器控制参数,并分析不同电网强度下和不同工作点下稳定器对并网变换器的直流电压时间尺度稳定性的影响。分析结果表明稳定器增强了系统阻尼并且提高了系统稳定极限。将稳定器代入详细时域模型中进行仿真,验证了小信号稳定性分析结果的正确性。     

SMES用电压源型功率调节系统的建模与控制方法研究

以电压源型功率调节系统为对象,研究其建模及其控制方法。首先给出电压源型功率调节系统的结构,包括电压源型变流器和斩波器的主电路拓扑结构及其连接关系;随后导出占空比表达的PCS低频数学模型,并使用非线性变换实现状态方程线性化,基于线性化后的模型给出有功功率、无功功率及直流电压解耦的控制系统设计方法;最后在Matlab/Simulink环境下对PCS功率跟踪能力及SMES装置抑制风电功率波动的效果进行了仿真验证。仿真结果表明：所设计的PCS系统控制器对阶跃和正弦规律变化的功率指令具有优秀的跟踪能力,同时具有较强稳定直流电压的能力,该PCS接口的超导储能装置应用于风力发电系统中,能够达到减小风电功率波动,平息出力的目标。     

容错型三相并网变换器的建模分析与矢量调制

对故障后并网型三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器系统建模、矢量调制技术和系统控制策略3个方面进行详细的研究。分析容错后变换器工作原理,建立容错后电力变换器三相静止模型。该模型揭示了故障后电容中性点电压波动的固有原因。利用伏秒平衡原理,推导基于三相静止系下矢量调制方法,该方法无需复杂的三角函数运算,且具有统一的表达公式。利用电流纹波有效值对容错后矢量调制算法进行评估,以便选择电流性能良好的调制算法。为防止中性点电压偏移对系统造成的影响,提出一种基于修正故障相调制波的中性点电压偏移控制方法,保证故障后并网变换器稳定安全运行。实验结果证明,所提方法提高电流品质,实现了故障后并网变换器稳定安全运行。     

光伏并网系统的建模与控制研究

通过建模与仿真,分析研究了三相光伏并网发电系统的控制策略.在一般工况下,建立了太阳能电池的通用数学模型,采用基于电压扰动干扰观测法进行最大功率点跟踪;搭建了三相光伏并网发电系统的结构,并采用空间矢量PWM控制器对逆变器进行并网控制;最后在Matlab/Simulink软件上进行了仿真试验,仿真结果表明该模型能够实现最大功率追踪控制,并能使并网侧逆变器输出的电压、电流跟踪给定参考值,实现功率因数可控的要求.     

基于下垂控制与MPPT的电压源型光伏并网逆变器

首先基于下垂控制,实现逆变器电压源控制,在单级光伏逆变器结构中,将最大功率点跟踪(MPPT)控制嵌入到下垂控制中,提出一种有功功率内环、直流电压外环的控制方法,实现了并网过程中直流电压调整的快速性和稳定性。最后通过仿真和实验分别验证了上述设计的正确性,实现了光伏并网逆变器电压源控制下的并网、离网运行模式无缝切换和MPPT跟踪。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

直流电网建模分析与阻尼控制研究

直流电网数学建模是分析直流电网谐振特性和稳定性的基础,对于设计性能优良的阻尼控制器提高直流电网的运行特性具有重大作用。文章首先从换流器平均值模型出发,利用功率平衡原理,推导换流站线性化的戴维南等效模型。其次,考虑直流电网架构在内,建立直流电网的数学模型并研究直流电网的谐振特性和稳定性。再次,通过反馈换流站输出的直流电流,分析功率外环阻尼控制器的实现形式,并设计阻尼控制器的参数。最后,通过搭建的直流电网电磁暂态仿真模型以及RT-LAB实时仿真模型,验证所提阻尼控制策略具有能够有效抑制直流电网谐振电流和提高直流电网运行稳定性的能力。     

下垂控制三相逆变器阻抗建模与并网特性分析

分布式发电系统因接入电网时的线路阻抗较大,使得并网逆变装置与电网构成的互联系统易产生谐波震荡,威胁其稳定运行。阻抗分析法是一种较为有效的并网稳定性研究方法。该文首先利用谐波线性化方法建立下垂控制三相并网逆变器含功率外环和相角扰动时的完整序阻抗模型,阐述功率外环引起的二倍镜像频率耦合效应,并分析下垂系数对模型的影响,通过下垂控制与电流控制型并网逆变器阻抗曲线对比说明下垂控制具有更好的并网特性。同时,通过阻抗分析法对下垂控制三相并网逆变器与电网组成的互联系统的稳定性展开研究,提出采用虚拟阻抗的方法来提高互联系统相位裕度,改善系统鲁棒稳定性。通过仿真和实验,验证了上述结论的正确性。     

Boost型开关变换器的建模与控制

根据Boost型开关变换器工作原理,在低频、小信号、小纹波假设条件下,利用状态空间平均法和欧拉公式建立了从控制到输出的数学模型.由于其传递函数存在s右半平面的零点,系统成为非最小相位系统,根据该系统的特点,设计了超前-滞后补偿网络对系统进行了串联校正.仿真和实验结果的良好动、静态性能验证了数学模型和控制策略的合理性,为...     

电压源型双馈风电并网系统小扰动低频稳定性分析

随着我国新能源装机规模日益扩大,电网对并网风电机组的性能要求逐渐从被动跟随电网转变为主动支撑电网,由此使得基于虚拟同步控制的电压源型风电机组具有广阔的应用前景。但是,目前对于此类新型风电机组的宽频动态特性的研究尚有不足,鉴于此,该文通过建立电压源型双馈机组的类Phillips-Heffron模型,从电气阻尼的角度研究其由虚拟同步控制环节主导的低频模态的振荡特性及失稳机理,并探究不同控制参数及电网条件对电压源型双馈机组电气阻尼特性的影响。研究结果表明,当系统其他动态部分引入的电气负阻尼大于虚拟同步控制环节固有的正阻尼时,电压源型双馈机组将面临低频振荡失稳的风险。最后讨论了可提高电压源型双馈机组低频段电气阻尼的应对措施,设计了类电力系统静态稳定器（PSS）,可有效抑制机组低频振荡问题。该研究结果可指导实际工程中电压源型风电机组的控制器设计方案及参数整定优化。     

三相电压型PWM逆变器的拉格朗日建模与无源控制

基于拉格朗日方程对三相电压型脉宽调制(PWM)逆变器进行建模,采用无源控制策略实现系统的稳定控制。选择电感电荷作为系统的广义坐标,电压作为广义驱动力,基于欧拉—拉格朗日方程计算得到三相全桥并网PWM逆变器的数学模型;将建立的数学模型以电感电流为变量写成矩阵形式,分析了系统的无源性;基于系统的无源性,构建控制李雅普诺夫函数,基于李雅普诺夫直接法,得到实现系统稳定的控制输入。基于Matlab/Simulink对所建立闭环控制系统进行了仿真实验,阐述了仿真结果。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

交流电流控制尺度下的并网VSC聚合建模研究

随着电力系统的电力电子化程度逐年提高,越来越多新能源电源(如风电、光伏等)经由电压源型换流器(voltage source converter,VSC)接入交流电网,新能源场站与电网的动态交互引发了多起新型次同步振荡事件,对电力系统安全运行构成严重威胁。为了研究新能源场站与电网之间的相互作用,若采用“自下而上”的方法对场站每一台VSC都进行详细建模,将面临“维数灾”问题,分析结果难以认知。因此,研究新能源场站的动态等值建模理论十分必要。文中提出一种基于结构保持的并网VSC聚合建模方法,分析并网VSC引发次同步振荡问题主要与交流电流控制尺度相关,据此建立并网VSC交流电流控制时间尺度下的聚合模型,模型适用于并网VSC在交流电流控制时间尺度下的小干扰稳定性分析,能够反映风电场的整体特性与内部单个风机特性之间的关系,通过仿真验证聚合模型的有效性。     

电压控制型Boost变换器的PID补偿器分析与设计

针对典型的Boost变换器,为使整个电路有更好的动态性能和静态性能,需对控制网络进行补偿设计.以Boost变换器开关管开通和关断状态列写状态方程,建立小信号模型分析控制环路的幅频特性和相频特性,通过定量计算得出PID补偿器的参数,使变换器存在足够的相位裕度和所需穿越频率,保证系统稳定工作,并通过仿真验证了设计的正确性.     

次同步扰动下并网电压源换流器电气量的频率分布及其幅值特性

针对并网电压源换流器在次同步电压扰动下输出多频率分量的现象,采用动态响应分析法和二阶近似,推导并分析了相应的输出电气量近似解的频率分布特性及其幅值大小。具体地,在次同步电压扰动下,保留二阶扰动量,逐步分析推导了锁相环、电流控制部分电气量的多频率分布及其幅值特性,得到了各频率分量幅值的近似计算公式;进一步地,分析了所提方法和传统小信号分析方法的区别和联系。通过仿真结果表明,次同步扰动下电压源换流器并网端口会出现互补的次/超同步分量,并伴有幅值较小的多频率分量产生,且其与次同步扰动频率互补的电压分量幅值与积分参数有关,与其他控制参数基本无关。仿真结果与理论推导结果基本一致。